Мельник В.Н., Куренный Э.Г.

Праці Донецького державного технічного університету «Електротехніка і енергетика». - Донецьк, випуск 17, 2000.

Донецкий государственный технический университет

Melnic V.N., Kurenniy E.G. Eftimation of influence of fluctuations of a voltage on electromagnetic at periodical change of a voltage. In article the new approach is examined at definition of a doze of fliker voltage both at designing, and in real conditions. Calculation of a doze of fliker pays off on the computer with use of the specialized program in which the filter flikermetr is simulated. At such approach it was possible to avoid complex mathematical calculations. On an input simulated of flikermetr it is possible to submit fluctuations of the any form.

        Развитие систем электроснабжения и появление мощных электроприёмников с резкопеременным графиком нагрузки привело к необходимости установления норм, разработки методов измерения и расчетов колебаний напряжения.

        В нормальных условиях в сети распределения электроэнергии возникают быстрые колебания напряжения, вызываемые подключением и отключением различных нагрузок. Кроме того существует такое оборудование, потребляющие электроэнергию (как например дуговые печи), где электрический ток расходуется неравномерно, его расход меняется в зависимости от этапов рабочего цикла.

        Подобные нагрузки приводят к возникновению повторяющихся во времени изменений питающего напряжения, называемых «флюктуациями напряжения». Вполне естественно, что на практике эти флюктуации стараются ограничить, удерживая их в таких пределах, чтобы не создавать неудобств для пользователей электрической энергией. На рисунке 1 схематически представлены примеры флюктуаций напряжения.

        Прибор, потребляющий электроэнергию и наиболее чувствительный к флюктуациям питающего напряжения, - это лампа накаливания, и не потому, что подобные флюктуации вызывают в ней необратимую порчу или какое-либо повреждение, а потому, что в силу флюктуаций питающего напряжения в этой лампе возникают колебания силы света, которые могут причинять неудобства тому, кто пользуется электрическим освещением.

        Что же такое «фликер»? «Фликер» по-английски означает «мигание» и определяется как субъективное ощущение флюктуаций освещенности.

        Поскольку фликер – это восприятие человеческим мозгом световых флюктуаций, осуществляемое через посредство физиологических механизмов зрения, то ясно, что дла того, чтобы охарактеризовать подобное субъективное восприятие, необходимо не только исследовать поведение человеческого глаза с целью определения его реакции на световые раздражители, но приступить также к испытаниям на людях, проводимым с применением статистических методов.

        Будучи субъективным, фликер представляет собой явление, меняющиеся от индивида к индивиду, причем не только в отношении силы ощущения, но также и в том, что касается степени испытываемого неудобства.

        И действительно, результаты исследований, проведенных на людях, показали, что человеческое зрение представляет собой сложную систему, которая зависит не только от характеристик самого глаза, но также и от мозговых механизмов восприятия, на которые оказывает влияние та степень внимания, которую субъект, подвигающийся эксперименту, обращает на исследуемое явление.

        Например, субъект, совершенно не подозревающий о возможности существования флюктуаций освещения, как правило, оказывается менее чувствительным к их возникновению, чем ранее предупрежденный наблюдатель, который ждет появления подобных флюктуаций.

        Результат работ, проведенных специалистами по физиологии, показали, что человеческий глаз характеризуется избирательной реакцией по отношению к частоте периодических световых флюктуаций с максимальной чувствительностью примерно на частоте 9 Гц, а также что степень восприятия светового раздражения прямо пропорциональна квадрату амплитуды этих флюктуаций.

        Кроме того, существует еще эффект накопления в памяти. В силу этого эффекта происходит следующее: если два следующих одно за другим колебания освещенности слишком близко во времени, то для человеческого глаза невозможно воспринять их по отдельности: они воспринимаются человеком как одно единственное колебание.

        И наконец, в пределах разумного приближения, ощущение фликера зависит от относительной амплитуды колебания по сравнению с существовавшей до этого освещенностью, если учесть механизмы адаптации человеческого глаза (например, регулировку диаметра зрачка) к освещенности окружающей среды.

        Положение вещей еще больше осложняется, если перейти от анализа восприятия к анализу помехи или степени неудобства, которое вызывает колеблющееся освещение у субъекта, подверженного его воздействию. Действительно, уже одна только интуиция подсказывает, что то дело, которым занимается субъект, представляет собой факторы первостепенного значения для определения его реакции. Например, человек, который читает или во всяком случае совершает какие-то операции, требующие особой сосредоточенности, где зрение играет превалирующую роль, вне всякого сомнения будет испытывать большее неудобство, чем те люди, которые должны просто перемещаться в каком-то помещении, не обращая особого внимания на характеристики этого помещения.

        Поскольку для разработки международного фликерметра нужно было выбрать какую-то определенную модель зрительного восприятия, то поэтому возникла необходимость обратиться к исследованиям в области физиологии, которые позволили бы прийти к не слишком сложному решению и одновременно с этим использовать опыт, накопленный во Франции, Германии и Англии, где уже были разработаны в национальном масштабе как фликерметры, так и методы определения резкости фликера.

        Таким путем были разработаны утонченные модели, оказавшиеся, однако, слишком сложными для того, чтобы использовать их для создания прибора, предназначаемого для постоянного применения в работе.

        Рашбасс разработал новую модель, основываясь на эксперименте, задуманном в совершенно ином духе. Он использовал колебания освещенности, имеющие форму импульсов, как положительных, так и отрицательных по отношению к средней освещенности окружающего пространства, и получил основополагающие результаты:

• 1. продолжительность возбуждения, возникающего в восприятии, значительно превышают продолжительность того изменения освещенности, имеющего форму импульса, которое вызывает это возбуждение (импульсы, слишком близкие во времени, не воспринимаются по отдельности);
• 2. знак изменения освещенности (в сторону увеличения или уменьшения) не оказывает никакого влияния на чувствительность восприятия;
• 3. если два следующих один за другим импульса имеют амплитуды соответственно А и В, то такая же степень ощущения достигается в случае последовательности В, А;
• 4. связь ощущения с амплитудой возбуждения – квадратичного типа.

        Результаты измерения фликера выражаются в «на единицу»; при этом равным единице считается такой выходной сигнал, который дает прибор, когда на его входе имеет место флюктуация, соответствующая порогу восприятия. Таким образом, уровень фликера – это число, которое показывает, на сколько выше ( или ниже ) порога восприятия находится соответствующее зрительное возбуждение.

        Однако степень мгновенного ощущения фликера еще не дает информации, касающейся его допустимых пределов; чтобы определить связь между изменением мгновенного ощущения фликера и связанным с ним неудобством, раздражением, называемым «степенью резкости фликера» и обозначаемым символом Pst, необходим дальнейший анализ. В качестве опорного интервала был выбран десятиминутный промежуток времени.

        Обратимся к современным методам оценки фликера. Универсальным объективным показателем допустимости колебаний есть доза фликера Pst напряжения [1 – 3]. В действующих электрических сетях доза измеряется фликерметром, а в проектировании – расчетным путем. В [1] рекомендуются приближенные методы расчета лишь для частных случаев детерминированных колебаний прямоугольной и треугольной формы – к тому же с существенными ограничениями интервалов времени между соседними колебаниями. Разработка общего метода без ограничения по виду колебаний является целью статьи. Идентичность результатов расчета любого показателя электромагнитной совместимости (ЭМС) обеспечивается, если измерительный прибор и методы расчета используют единую математическую модель ЭМС. Для определенности далее рассматривается принятая в [2] и [3] математическая фликер-модель системы лампа – глаз – мозг. Исходными данными являются реализации (графики) процессов U(t) изменения во времени t действующих значений напряжения или их характеристики. Будем рассматривать периодические, детерминированные непериодические и стационарные случайные процессы. В последнем случае задаются корреляционные функции (КФ) K(?). Обобщение результатов на нестационарные случайные процессы не вызывает затруднений.

© 2008 ДонНТУ